《Molecules and Cells》：Oxidative Stress Drives Liver Failure During In Vivo Partial Reprogramming
编辑推荐：
研究人员使用多西环素诱导的OSKM小鼠模型，展示了持续全身性OSKM诱导在无肿瘤形成的情况下，导致与肝细胞去分化和氧化应激相关的早期致死性。单核RNA测序揭示了肝细胞中活性氧（ROS）、氧化应激和NRF2信号通路的激活。肝细胞中ROS产生的增加，连同雌性小鼠更
研究人员使用多西环素诱导的OSKM小鼠模型，展示了持续全身性OSKM诱导在无肿瘤形成的情况下，导致与肝细胞去分化和氧化应激相关的早期致死性。单核RNA测序揭示了肝细胞中活性氧（ROS）、氧化应激和NRF2信号通路的激活。肝细胞中ROS产生的增加，连同雌性小鼠更高的抵抗力和性别依赖性的抗氧化反应程序差异，暗示氧化应激是持续OSKM表达期间死亡的主要驱动因素。重要的是，使用N-乙酰半胱氨酸（NAC）的抗氧化治疗减轻了氧化应激，并显著提高了生存率，而不损害重编程相关的细胞可塑性。这些发现确立了氧化应激是持续体内重编程期间肝衰竭的关键驱动因素，并为循环诱导策略提供了机制依据。
体内部分重编程（in vivo partial reprogramming）利用Yamanaka因子（OSKM，包括OCT4、SOX2、KLF4和c-MYC）诱导细胞去分化，展现出组织再生和恢复年轻化的潜力。然而，持续表达OSKM会导致严重毒性，主要表现为体重骤降和过早死亡，这主要归因于肝和肠功能衰竭。该毒性的分子机制尚不明确，尤其是肝损伤的驱动因素未得到解析。研究人员基于多西环素诱导的OSKM小鼠模型（4Fk小鼠，来自首尔国立大学药学院），旨在揭示持续体内重编程导致肝衰竭的关键机制，并探索缓解策略。该研究发表在《Molecules and Cells》。研究人员发现，持续OSKM诱导引发的氧化应激（oxidative stress）是肝衰竭的核心驱动因素，而抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）可显著改善生存，为循环诱导策略提供了理论依据。
关键技术方法（不超过250字）：研究人员使用多西环素（doxycycline）在饮用水（0.15 mg/mL）中持续诱导4Fk小鼠（OSKM可诱导品系）表达OSKM因子，建立持续体内重编程模型。通过单核RNA测序（snRNA-seq，数据集GSE274988分析肝组织）和GSEA（基因集富集分析）鉴定氧化应激相关通路。利用流式细胞术（DCF-DA染色）检测肝细胞内ROS水平，并通过免疫印迹（immunoblot）和免疫荧光（immunofluorescence）分析NRF2、γH2AX、cleaved caspase-3等蛋白表达。此外，比较不同性别小鼠（年龄匹配）的耐受性，并给予NAC（N-乙酰半胱氨酸）进行抗氧化干预。
研究结果：
**氧化应激在OSKM诱导的肝特异性衰竭中起核心作用**
连续4天OSKM诱导导致快速体重下降和早死，伴随血浆AST（天冬氨酸氨基转移酶）和ALT（丙氨酸氨基转移酶）显著升高，提示急性肝细胞损伤。肝组织中肝祖细胞样细胞（LPLC，liver progenitor-like cells）标志物Sox9强烈上调，而肝细胞标志物Cyp2e1和Hnf4a显著下降，表明肝细胞去分化。凋亡标志物cleaved caspase-3和DNA损伤标志物γH2AX阳性核增加。snRNA-seq分析显示，在OSKM诱导的LPLC群体中，活性氧（ROS）和氧化应激通路（包括KEAP1–NRF2信号轴）显著富集，而在对乙酰氨基酚（APAP）损伤模型中未见此类特征，提示氧化应激是OSKM特有的肝损伤驱动因素。同时，氧化磷酸化（OXPHOS）评分与氧化应激评分在OSKM诱导的LPLC中呈正相关，暗示线粒体活动增加可能参与代谢重塑并贡献于氧化应激。
**肝细胞胞自主性ROS产生导致损伤**
分离的OSKM诱导肝细胞显示NRF2下游基因（Nqo1、Gsr、Srxn1）和ROS应答基因Chchd2表达上调，NRF2蛋白积累增加。流式细胞术检测到ROS阳性肝细胞显著增加，伴随活细胞减少，表明ROS产生与肝细胞死亡直接相关。时间进程分析显示，NRF2积累和靶基因上调随诱导时间逐渐增强。
**性别差异揭示抗氧化防御的关联**
雌性小鼠在持续OSKM诱导后生存率显著高于雄性，尽管OSKM表达和肝细胞去分化水平相似。雌性肝细胞中ROS阳性细胞比例更低，且NRF2下游基因（Slc7a11、Gclc）诱导较弱，而基础抗氧化基因（涉及ROS清除和谷胱甘肽代谢）表达更高。这表明雌性小鼠的固有抗氧化储备有助于抵抗氧化损伤。
**抗氧化治疗缓解肝衰竭**
NAC给药可显著延缓持续OSKM诱导期间的早死发生，同时不影响OSKM表达或肝细胞去分化标志物（Pou5f1、Sox2、Sox9）水平。NAC处理后，肝细胞DNA损伤（γH2AX）减少，NRF2核积累减弱。此外，Dox停药后24小时内，HNF4α表达恢复，OCT4阳性细胞减少，表明去分化是可逆的。
**讨论与结论**
研究人员总结，过度的氧化应激是持续体内OSKM重编程期间肝衰竭的主要驱动因素。短暂ROS信号与早期代谢重塑兼容，但持续OSKM表达压倒肝细胞氧化还原平衡，导致DNA损伤、凋亡和急性肝衰竭。NAC的部分挽救效果支持ROS在毒性中的因果作用。OSKM诱导的LPLC中OXPHOS特征富集，结合既往研究提示线粒体活动参与肝再生，但需直接比较循环与持续诱导方案。其他组织在长时间OSKM诱导下可能同样超出耐受阈值。结论强调，优化OSKM诱导方案需平衡再生性去分化和氧化应激反应，而NAC等抗氧化干预可作为实用策略。
